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Métodos de Fechamientos radio-isotópicos

de rocas y otros materiales

Cecilia Caballero Miranda

AntecedentesAntecedentes

MMéétodos radiotodos radio--isotisotóópicospicos

• Isótopo• Decaimiento radiactivo• Vida media

• Bequerel, 1895 = radiactividad• Bottwood, 1870-1921 = aplicación como reloj

geológico (teoría)• 1950 = invento del Espectrómetro de Masas,

posibilidad de convertir la teoría en realidad.

Conceptos bConceptos báásicossicos

Base fBase fíísica: sica: Decaimiento radiactivo

IsótoposIsótopo: Átomos de un mismo elemento (igual #Atómico)

que tienen ≠ masaA (ΣProt+Neutr)

Bases FBases FíísicassicasMMéétodos radiotodos radio--isotisotóópicospicos

Estables

Inestablesse desintegran: decaen de uno a otro,

emitiendo partículas o radiación electromagnética, con una constante de decaimiento

radioactivo - radiogénicopadre - hijo

1H, 2H; 16O, 17, 18O; 12C, 13C; N, 32S, 33,34,35,36S


IsIsóótopos establestopos estables inestablesinestables

Isótopos más abundantes de los 15 elementos mas comunes en la Tierra


Isótopos de los 5 elementos mas empleados en fechamientos de materiales terrestres

IsIsóótopos establestopos estables inestablesinestables

Pares isotópicosMMéétodos radiotodos radio--isotisotóópicospicos Bases FBases Fíísicassicas

1 2

18

19 20

37 38

55

92

82

3 6 7

90

56 57 72

11

58

75 76

60 62 71

91

Tipos de decaimiento radioactivo

• αα [emisión de partícula α: núcleos de 44HeHe][2prot↑+2neut ↑] = disminuye masaA en 4 y númeroA en 2

Ej.: 238U-234Th

Bases FBases Fíísicassicas

•• Otras emisiones asociadas: Otras emisiones asociadas: γγ [radiaci[radiacióón gamma]n gamma](ondas electromagnéticas de longitud de onda más corta que los rayos X)

• ββ++ [emisiemisióón den de electroneselectrones](un 1 neutrun 1 neutróón n se divide en 1pr y 1een 1pr y 1e↑↑. Queda

1 pr extra) = no cambia masaA y aumenta en 1 el numeroA.Ej.: 40K-40Ca; 234Th-234Pa; 87Rb-87Sr; 14C-14N.

• ββ-- [Captura de Captura de electroneselectrones](un electrón ““ββ”” --ó electrón por radiaciradiacióón cn cóósmicasmica--,

se une a un prot transformándose a neut) = disminuye en 1 el númeroA, no cambia la masaA. Ej. ““β β ””:: 40K-40Ar ;

Ej. radiaciradiacióón cn cóósmicasmica: 14N-14C .


Vida media T1/2 y constante de decaimiento λ


11

1111

33

11

77

11

1515

Vida media T1/2 y constante de decaimiento λ

Número de isótopos padres

Número de isótopos hijos

NNúúmero de vidas mediasmero de vidas medias

NNúúmeromero

dede

áátomostomos


λ

Métodos isotópicosComo en un reloj de arena:

Por cada grano de arena que cae del reservorio de arriba(isótopo padre: radioactivoradioactivo), aparece un grano en el

reservorio de abajo (isótopo hijo: radiogradiogééniconico).

Se debe conocer•cuantos granos de arena caen por unidad de

tiempo (λ)•cuantos granos de arena había en el reservorio

inferior al inicio del conteo de tiempo•el reloj no debe tener agujeros (sistema cerrado)

SeSe puede determinar cuánto tiempo ha transcurridoa partir de la relación de arena en ambos

reservorios.


¿Cómo se calcula una edad isotópica ?

tY Y

Xhoy inicial

hoy

=−

+⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥

1 1λln

t: Edad en años

λ: Constante de decaimiento radioactivo

Y: Relación isotópica de los isótopos hijos

X: Relación isotópica de los padres

MMéétodos radiotodos radio--isotisotóópicospicos Bases FBases Fíísicassicas

AntropolAntropolóógicosgicos:Hombre

CerámicasPirámides

EmbarcacionesPlantas

Naturaleza de objetos que se pueden fechar

CCóósmicossmicosMeteoritos

Luna Marte

TerrestresTerrestresRocasFósiles

Minerales



• 187Re-187Os > 200ma• 40Ar/39Ar 0.1ma

• 232Th-208Pb > 1ma

Métodos isotópicos

• 87Rb-87Sr• 40K-40Ar• 238U-206Pb• 235U-207Pb• Serie de

desequilibrio del U• 232Th-208Pb

•147Sm-143Nd•187Re-187Os•176Lu-176Hf

• 40Ar/39Ar


K40-Ar40

Vida media: Vida media: 1,251 1,251 mama


1 vida media = edad del Meso-Proterozoico

Rango en de edades en que se puede aplicar:

50,000a. – 4,600ma

> 0.1 ma > 1 ma


UU238238--PbPb206206

Vida media: Vida media: 4500 4500 mama

UU235235--PbPb207207


1 vida media = edad del Neo-

Proterozoico

1 vida media = edad de la Tierra


El problema con El problema con los mlos méétodos Utodos U--PbPb es que no es que no todos los todos los isisóótopos Pbtopos Pb206206 y y PbPb207207 son son radiogradiogéénicosnicossino que existe sino que existe una cierta una cierta cantidad de ellos cantidad de ellos que estque estáán desde n desde la Tierra la Tierra primordial.primordial.

Pb-207 : U-235Pb-207 : U-235

Pb-2

06 :

U-2

38

UU238238--PbPb206206


UU235235--PbPb207207


UU--PbPbConcordiaConcordia

Pb-2

07 /

Pb-

206

Millones de años


10 – 4,600 ma

RbRb8787--SrSr8787

Vida media: Vida media: 48,800 48,800 mama


Rb-87 : Sr-86

Sr-8

7 :

Sr-

8 6

En este mEn este méétodo se tiene un todo se tiene un problema similar: no todo problema similar: no todo el Srel Sr8787 es es radiogradiogééniconico


10 – 4,600 ma

Métodos radiométricos

• 14C• 210Pb α

Se calcula la edad a partir deSe calcula la edad a partir dela suma de actividades de los elementosla suma de actividades de los elementos

radioactivosradioactivos padrepadre úúnicamentenicamente, asumiendo, asumiendoun sistema cerradoun sistema cerrado..


14C


50%

2865

71%25%C14 restante 12.5%

C14

Vida media: 5,730 a

Holoceno

MMéétodos radiotodos radio--isotisotóópicospicos Rango en de edades en que se puede aplicar:

100 – 70,000 a

• Obtención de materiales en campo en cantidad suficiente.

Metodología

• Extracción y preparación de la parte representativa de estos materiales que se analizará:

– Trituración y molienda– Separación de minerales

• Medición de isotópos de interés• Obtención de resultados


Preparación de materiales

Preparación mecánica


Preparación de materialesSeparación de

mineralesSeparador Magnético FrantzMesa vibradora

Mesa Wilfley

Hand-picking


Preparación de materiales

Preparación químicaconcentración de minerales y/o

elementosLíquidos Pesados


ESPECTRÓMETRO DE MASASMMéétodos radiotodos radio--isotisotóópicospicos


La intensidad de cada haz es medida eléctricamente para determinar la abundancia de cada isótopo

Medición de masas atómicas e isótoposLa muestra se evaporiza

Se bombardea con un haz de electrones quedando +

Placas con cargas eléctricas opuestas

0 10,000 50,000 100,000 500,000 1,000,000 5,000,000

Años antes de hoy

RadiocarbRadiocarbóónn

PotasioPotasio--ArgArgóónn

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